Уявіть собі майбутнє, де підключення до Інтернету буде не тільки блискавичним, але й надзвичайно надійним навіть у багатолюдних місцях. Це бачення швидко наближається до реальності завдяки новим дослідженням комунікаційних технологій терагерцового діапазону. Ці інновації мають змінити бездротовий зв’язок, особливо в міру того, як комунікаційні технології просуваються до наступного покоління мереж, 6G.
Я інженер, який зосереджується на фотоніці, вивченні того, як світло та інші електромагнітні хвилі генеруються та виявляються. У цьому дослідженні ми з колегами розробили кремнієвий топологічний чіп формування променя. Топологічні стосуються фізичних особливостей кремнію, які допомагають керувати терагерцевими хвилями, а формувач променя стосується призначення чіпа: формування терагерцових хвиль у спрямовані промені.
Терагерцові частоти мають вирішальне значення для 6G, який телекомунікаційні компанії планують розгорнути приблизно у 2030 році. Радіочастотний спектр, який використовують поточні бездротові мережі, стає все більш перевантаженим.
Терагерцові хвилі пропонують рішення, використовуючи відносно незайняту частину електромагнітного спектра між мікрохвилями та інфрачервоним випромінюванням. Ці високі частоти можуть передавати величезні обсяги даних, що робить їх ідеальними для додатків майбутнього з інтенсивним використанням даних.
Наш чіп отримує терагерцовий сигнал з одного джерела та розділяє його на 54 менших сигнали, які потім направляються через 184 крихітні канали зі 134 різкими поворотами. Кожен промінь може передавати та отримувати дані зі швидкістю від 40 до 72 гігабіт на секунду, що у багато разів швидше, ніж у сучасних мережах 5G.
За допомогою штучного інтелекту ми розробили чіп так, щоб він мав специфічний мікроскопічний стільниковий малюнок для формування смуг для терагерцових хвиль. Масив каналів посилає потужні, сфокусовані промені, які охоплюють усі 360 градусів навколо чіпа.
Це дозволяє телефону або іншому бездротовому пристрою будь-де поблизу маршрутизатора Wi-Fi або іншого комунікаційного пристрою, який використовує чіп, отримувати високошвидкісний сигнал. Ми продемонстрували чіп, розділивши вхідний сигнал потокового HD-відео на чотири вихідні промені.
Формувальники променя в бездротових мережах
Терагерцові хвилі мають менший діапазон порівняно з низькочастотними сигналами, які використовуються в мережах 4G і 5G. Формувальники терагерцевого променя вирішують цю проблему, точно спрямовуючи високочастотні сигнали, щоб гарантувати, що вони досягнуть місця призначення без втрат або погіршення якості.
Формувальники променя необхідні для бездротового зв’язку наступного покоління.
На відміну від традиційних антен, які транслюють сигнали без розбору, формувачі променя фокусують сигнали в певних напрямках, підвищуючи як ефективність, так і надійність. Наш чіп гарантує, що ці промені забезпечують покриття в усіх напрямках.
Цей цілеспрямований підхід не тільки розширює діапазон сигналу, але й покращує його якість навіть на великих відстанях. Формувальники променя, ймовірно, будуть вирішальними в управлінні стабільними з’єднаннями, зменшуючи перешкоди, оскільки світ додає мільярди підключених пристроїв.
Майбутнє з терагерцевим формуванням променя
Потенційний вплив терагерцових чіпів формування променя на повсякденне життя є глибоким. Наприклад, ці чіпи можуть дозволити завантажити фільм 4K надвисокої чіткості за лічені секунди порівняно з 11 хвилинами через сучасний Wi-Fi або підтримувати захоплюючий досвід віртуальної та доповненої реальності без будь-яких затримок.
Крім розваг, вони можуть зробити голографічне спілкування в реальному часі реальністю, де люди виглядають як реалістичні голограми. Розумні міста можуть використовувати цю технологію для безперебійної координації систем дорожнього руху та реагування на надзвичайні ситуації, тоді як охорона здоров’я може отримати вигоду від віддалених операцій, де лікарі здалеку керують роботизованими інструментами.
Терагерцевий чіп формування променя є значним кроком вперед на шляху до швидшого та надійнішого бездротового зв’язку завдяки подоланню труднощів передачі високочастотного сигналу.